(57)【要約】      （修正有）【課題】加速電子の発生量を抑制して高エネルギの負イオンビームを生成するとともに、このビームに良好な収束性を付与して高エネルギで長距離の輸送が可能な、高い効率と信頼性を有する負イオン源を提供する。【解決手段】本発明に係る負イオン源は、放電プラズマ中に生成された負イオンを放電容器から引き出すための複数の孔１６が穿設され、放電容器内で生成された放電プラズマと接する第１の電極１５と、第１の電極の複数の孔と対応する位置に同数の孔２２が穿設され、第１の電極に対して正電位を印加される第２の電極１８と、第２の電極の孔２１に対応する位置に同数の孔２２が対応して穿設された第３の電極１９と、第１ないし第３の電極に穿設された複数の孔に対応するスリット形状の孔２５が穿設され、接地電位に保持された第４の電極２４とを有する。【選択図】  図１
2006004780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電容器と、
放電容器を真空に排気する手段と、
放電容器に放電の原料ガスを供給する手段と、
前記放電容器内に放電によりプラズマを生成するための手段と、
放電プラズマ中に生成された負イオンを放電容器から引き出すための複数の孔が穿設され、放電容器内で生成されたプラズマと接する第１の電極と、
第１の電極に穿設された複数の孔と対応する位置に同数の孔が穿設され、第１の電極に対して正電位を印加される第２の電極と、
第２の電極に穿設された孔に対応する位置に同数の孔が対応して穿設された第３の電極と、
第１ないし第３の電極に穿設された孔に対応する孔を複数個包含するスリット形状の孔が穿設され、接地電位に保持された第４の電極と、
各電極間に電位差を与えるための電源とを有し、
前記第４の電極には前記第１ないし第３の電極に穿設された孔から引き出され、成形された複数の負イオンビームが案内される一方、
前記第３の電極には第４の電極のスリット形状の孔の長手方向と同じ方向に長軸、その短手方向に短軸を有する楕円形状の孔または円形の孔を穿設したことを特徴とする負イオン源。
【請求項２】
前記第３の電極には円形の孔が穿設され、穿設された孔は、第４の電極に面する側に前記第４の電極のスリット形状の孔の長手方向と同じ方向にテーパ状に拡開させたことを特徴とする請求項１記載の負イオン源。
【請求項３】
前記第３の電極には円形の孔が穿設され、穿設された孔は第４の電極に面する側に、第４の電極のスリット形状の孔の長手方向と同じ方向に大きくテーパ状に拡開させ、スリット形状の孔と直交する方向に小さくテーパ状に拡開させたことを特徴とする請求項１記載の負イオン源。
【請求項４】
前記第３の電極に穿設された孔の中心軸は、第１および第２の電極の中心軸に対して孔ずれしていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の負イオン源。
【請求項５】
前記第３の電極には第２の電極に対して負の電位が印加されたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の負イオン源。
【請求項６】
スリット形状の孔が穿設された前記第４の電極と第３の電極との間にスリット形状の孔が穿設された複数の電極を第５以降の電極として設置したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の負イオン源。
【請求項７】
前記第４および第五以降の電極に穿設されたスリット形状の孔は第１ないし第３の電極の孔の中心軸に対してスリットの短手方向にそれぞれ中心軸をずらして穿設されたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の負イオン源。
【請求項８】
前記第１ないし第３の電極に穿設された複数の孔に対応するスリット形状の孔が第４以降の電極に穿設され、この第4以降の電極の全部あるいは一部におけるスリット形状の孔の穿設領域が第１ないし第２の電極の穿設領域と略同じ領域に形成され、第１ないし第２の電極に穿設された孔と同数の孔が穿設された第３の電極の各孔のうちスリット形状の孔の端部を通る負イオンビームに対応する孔の穿設位置が第１および第２の電極の孔の中心軸に対するずれ量は、スリット形状の孔の端部におけるイオンの軌道偏向を相殺するように設定されたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の負イオン源。
【請求項９】
前記第１および第２の電極に穿設された複数の孔に対応するスリット形状の孔が他の電極に穿設され、他の電極の全部あるいは一部におけるスリット形状の孔の穿設領域は、スリット端部を通過するイオンビームがスリット形状の孔の端部に形成される電界の歪みの部分を避けて通過するように、第１および第２の電極の穿設領域よりも、スリットの長手方向に長く形成されたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の負イオン源。
【請求項１０】
前記第１および第２の電極に穿設された複数の孔に対応するスリット形状の孔が穿設された複数の電極には、放電容器から離れるに従って徐々にその孔面積が大きくなるスリット形状の孔が穿設されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の負イオン源。
【請求項１１】
前記第１および第２の電極に穿設された複数の孔に対応するスリット形状の孔が穿設された複数の電極のうち第４の電極と第３の電極との間に、接地電位ないし接地電位に対して正の電位が印加された電極を設置したことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の負イオン源。
【請求項１２】
前記第１および第２の電極に穿設された複数の孔に対応するスリット形状の孔が穿設された電極には、前記第１および第２の電極に穿設された複数の孔相互の間隙に対応する部分に、スリット形状の孔に短手方向の架橋構造が具備されたことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の負イオン源。
【請求項１３】
前記第１および第２の電極に穿設された複数の孔に対応するスリット形状の孔が穿設された電極の取付部に熱逃げ構造が設けられたことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の負イオン源。
【請求項１４】
放電容器内で負イオンを生成してビーム状に成形し加速する負イオン源と、
負イオン源の設置角度を変えてビームの進行方向を調整するための角度調整機構と、
ビームラインを真空に保持するための排気装置と、
加速された負イオンを中性原子ビームに変換する装置と、
ビーム中に残留している正イオン、負イオンを選別して除去する装置とを有する中性粒子入射装置に、請求項１ないし１３のいずれか記載の負イオン源が具備されたことを特徴とする中性粒子入射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核融合炉の中性粒子入射装置等に備えられる負イオン源に係り、特に、負イオンビームを発生する負イオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
負イオン源は、１００ｋｅＶを超える高エネルギ領域において負イオンの中性ビームへの変換効率が良好である点から、プラズマ加熱に高エネルギの原子ビームを必要とする核融合炉において、中性粒子入射装置（ＮＢＩ：Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｂｅａｍ  Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）のイオン源として注目されている。このような負イオン源は、特開２００１−５７１６０号公報（特許文献１）および特開２００２−１９７９８７号公報（特許文献２）に開示されている。
【０００３】
この負イオン源は、放電プラズマを内部に形成するボックス状放電容器を備え、この放電容器の底面開口は、放電プラズマから負イオンを引き出す第１の電極で閉塞されている。第１の電極には、負イオンの引出孔である多数の貫通孔が設けられている。
【０００４】
第１の電極の外側には、第２の電極および第３の電極がそれぞれ絶縁材を介して多段状に離隔配置され、第２および第３の電極にも第１の電極の貫通孔に対応して同じ位置に多数の貫通孔が形成される。
【０００５】
また、放電容器には、内部に放電プラズマを閉じ込める磁石や、フィルタ磁石が設けられ、このフィルタ磁石で放電容器内を放電プラズマ生成用の第１室と第１の電極側の第２室とに区画している。
【０００６】
このように構成された負イオン源では、いわゆる体積生成法と呼ばれる方法によって負水素イオン（以下、Ｈ−という。）が生成される。
【０００７】
この負水素イオンＨ−は、次式の２段階の原子反応から生成される。
【０００８】
［数１］
Ｈ２  ＋ｅ−（ｆ）→Ｈ２＊＋ｅ−    ……（１）
Ｈ２＊＋ｅ−（ｓ）→Ｈ−  ＋Ｈ      ……（２）
【０００９】
（１）式で示されるように水素ガス分子が数１０〜１００ｅＶの高温電子との衝突によって高振動レベルに励起され、励起状態の水素ガス分子Ｈ２＊に、（２）式で示されるように１ｅＶ以下の低温電子が解離的に付着することによって負水素イオンＨ−が生成されることが知られている。
【００１０】
さらに、大電流の負イオンビームを負イオン源から発生させるため、原子反応に加え放電容器内にアルカリ金属の蒸気を導入する表面生成法と呼ばれる方法が併用される。
【００１１】
放電容器に導入されたアルカリ金属蒸気は第１の電極の表面に付着して、電極表面の仕事関数を下げる働きをすると言われている。アルカリ金属蒸気の第１の電極表面への付着によって放電プラズマ中で生成される正水素イオンや中性水素原子などが第１の電極と衝突して第１の電極から電子ｅ−を受け取り負水素イオンＨ−が生成される。
【００１２】
第１の電極には、放電プラズマから負水素イオンＨ−を引き出すために、引出電源が接続されており、第１の電極と第２の電極の間には、引き出された負水素イオンＨ−を加速するために、第１の電極に対して第２の電極に正の電位が印加される。また、第３の電極は、放電プラズマから引き出された負水素イオンＨ−を所定のエネルギに加速するため、第２の電極に対して正の電位が印加され、第３の電極は接地電位に保持されている。
【００１３】
また、負イオン源の中には、第２の電極と同電位に保たれた電極を独立して設け、この電極を第３の電極とし、この第３の電極からの負水素イオンＨ−を所定のエネルギに加速する電極を第４の電極とした例である。第３および第４の電極にも第１および第２の電極の貫通孔に対応した同じ位置に多数の貫通孔が形成される。
【００１４】
この負イオン源に用いられる第１の電極１から第２，第３および第４の電極２，３，４には、図２３に示すように、同数の貫通孔ａ，ｂ，ｃ，ｄがそれぞれ対応してそれぞれ穿設される。また、第２の電極２には、複数の角棒状の磁石５が水平方向に内蔵され、互いに平行に配列されている。
【００１５】
図２４（Ａ）および（Ｂ）は、図２３のＡ−Ａ´線およびＢ−Ｂ´線に沿う断面図である。第２の電極２の貫通孔ｂには、負イオンビームの進行方向に向って孔径が順次大きくなるようにテーパ加工が施され、テーパ状に拡開している。第２の電極２の負イオンビームの出口部には、孔径を小さくする電子トラップ２ａが設けられている。ｆは磁石５の作る磁力線である。
【００１６】
また、第２の電極２には衝突する荷電粒子による熱を除去するための水冷パイプ６も内蔵されている。第２の電極２に内蔵された磁石５は、第２の電極２の面に直角な方向に着磁され隣接する磁石同士が交互に異なる極性となるように配列されている。
【００１７】
図２５は各電極１〜４に穿設された貫通孔ａ〜ｄの部分のみを拡大した部分図である。第１の電極１から第４の電極４にはそれぞれ円形孔（ｒａ＝ｒｂ）が穿設されている。
【００１８】
このような構成からなる負イオン源の動作について説明する。
【００１９】
図示しない真空排気装置によって真空に排気した放電容器内にアルカリ金属オーブンで加熱・蒸気化したアルカリ金属を供給する。この供給状態で、水素ガスを供給し、同じく放電容器内に突出するフィラメントに通電して加熱した状態で、フィラメントを陰極、放電容器内壁を陽極とする直流アーク放電を発生させる。このアーク放電によって放電容器の第１室内に放電プラズマを生成すると共に放電容器に設けられた磁石によって作られる磁場によって放電プラズマを放電容器内に閉じ込める。
【００２０】
生成された放電プラズマは第２室の方向に拡散する。放電プラズマが磁気フィルタを横切って通過する際、放電プラズマ中の電子ｅ−は磁界中のラーマ半径が小さいため、磁気フィルタに捕捉され、放電容器１内に存在する水素ガスなどと衝突しながらエネルギを失い、第２室に到達する過程で低温の電子になる。
【００２１】
一方、水素イオンは磁界中でのラーマ半径が磁気フィルタの厚みに対して大きいため、水素イオンは磁気フィルタを通り抜けることができ、そのまま第２室に移動することができる。
【００２２】
このようにして第１室には水素分子の励起に適した電子エネルギ分布を持つ高温プラズマが、第２室には励起水素分子の解離性付着反応を起こすのに適した電子エネルギ分布を持つ低温プラズマが生成される。
【００２３】
第１室において高エネルギ電子との衝突によって生成された振動励起水素分子が第２室で低温電子との衝突によって解離性付着反応を起こし、負水素イオンＨ−が形成される。
【００２４】
また、放電容器に導入されたアルカリ金属蒸気は第１の電極１に付着して電極表面の仕事関数を下げているため、放電プラズマ中の正水素イオンや中性水素原子などが第１の電極１と衝突した際にも負水素イオンＨ−が生成される。
【００２５】
図２４に示すように、バイアス電源７ａによって第１の電極１には放電容器に対して正の電位が印加されているため、第１の電極１近傍の放電プラズマ中の主に電子ｅ−が引き寄せられ電極表面に衝突して失われる。
【００２６】
これに対し、負水素イオンＨ−は電子ｅ−よりも質量が大きいため、第１の電極１の貫通孔ａを通り抜けて放電プラズマから引き出される。
【００２７】
このようにして第２室に生成された負水素イオンＨ−は同じ荷電極性を持つ電子ｅ−と共に引出電源７ｂの作る電界によって第１の電極１の貫通孔ａから引き出される。
【００２８】
また、第２の電極２に内蔵された磁石５によって第１の電極１と第２の電極２間のギャップには磁力線ｆが作られている。この磁力線ｆによる磁場は第２室から引き出される電子成分の量を抑えると共に、引き出されたビーム中から負水素イオンＨ−のみを選別する働きを有する。すなわち、引き出された負水素イオンＨ−と電子ｅ−はこの磁界によって軌道偏向を受けるが、負水素イオンＨ−は磁界中のラーマ半径が大きいためほとんど軌道偏向を受けず、第２の電極２に到達した後、貫通孔ｂを通り更に加速電源７ｃの作る電界により加速され、第３の電極３の貫通孔ｃを通って負イオンビームとして引き出される。一方、ラーマ半径の小さい電子は第１の電極１と第２の電極２間のギャップを通過する際に大きな軌道偏向を受けて取り除かれる。
【００２９】
また、負水素イオンＨ−が放電プラズマから引き出されて加速される途中では第１，第２，第３の電極１，２，３に穿設された貫通孔ａ，ｂ，ｃを通じて放電容器から漏れ出している水素ガスとの衝突によって、以下の反応が起こることが知られている。
【００３０】
［数２］
Ｈ−＋Ｈ２→Ｈ＋ｅ−＋Ｈ２      ……（３）
【００３１】
（３）式の反応により負水素イオンＨ−から脱離した脱離電子のうち、おおよそ第２の電極２上流側で生成された脱離電子は第２の電極２の過程を経て加速される負イオンビームからは取り除かれ得る。第２の電極２の下流側で生成された脱離電子については第２の電極２により形成される磁場による軌道偏向でビームから除去することが困難であるため、第２の電極２と同電位に保持された第３の電極３を設置し、加速電源７ｃの作る加速電界がこの領域に浸み込むことを抑制している。しかしながら、負イオン源がこのような電極構成を以ってしても二次的に発生した電子の加速を完全に抑えることはできない。
【００３２】
電子ｅ−はその質量が負水素イオンＨ−に比べて軽いため、加速途中で放電容器内でのフィルタ磁石や第２の電極２に内蔵された磁石５の作る磁場によって容易に軌道偏向を受ける。この軌道偏向により、負水素イオンＨ−のイオンビームから分離されるので、加速された電子ｅ−のすべてが第４の電極４に穿設された貫通孔ｄを通り抜けるわけではない。一部の加速電子は第４の電極４とも衝突して電極に大きな熱負荷を与える。
【００３３】
また、一般に、核融合炉ではプラズマ閉じ込めのために強力な磁場が形成されており第４の電極４の貫通孔ｄを通り抜けた電子ｅ−もこの強い磁場の影響で軌道偏向を受けプラズマ加熱パワーとしてプラズマに入射されることはなく、殆ど全ての電子ｅ−が負イオン源と核融合炉の間をつなぐビームラインの壁と衝突して熱負荷となる。
【００３４】
加速電源７ｃから供給するビーム加速電力のうち、加速電子の担う部分はほとんどすべてがロスとなり中性粒子入射装置の稼働効率を下げる。更に、このような加速電子は、第４の電極４やビームラインの壁に大きな熱負荷を与えるため、場合によっては各部分の熱的な溶融が発生することもあり中性粒子入射装置の信頼性を低下させる。負イオンから脱離電子の発生する確率Ｐは、負イオンの走行領域の残留ガス密度をＮ、負イオンの走行距離をＬ、（３）式の原子反応の衝突断面積σを用いてほぼ以下の（４）式によって表される。
【００３５】
［数３］
Ｐ〜１−ｅｘｐ（−ＮσＬ）    ……（４）
【００３６】
（４）式から脱離電子の発生量を少なくするには、負イオンの走行領域の残留ガス密度Ｎを小さくできればよいことになる。更に、（４）式中の反応衝突断面積σは負水素イオンＨ−のエネルギが１０ｋｅＶくらいまでの低エネルギ領域でその値が大きいことから、負水素イオンＨ−がプラズマ源から引き出されて加速され始める負イオン走行領域のガス圧を下げることが有効である。
【００３７】
負イオン走行領域の残留ガスの源はプラズマ源で放電プラズマを生成するために使用した原料ガスである。原料ガスは一部が放電プラズマを生成するために使用され、残りは電極に穿設された孔を通って排気される。
【００３８】
数１００ｋｅＶを超えるような高エネルギの負イオン源では電極を複数枚使用する場合が多いため、第１および第２の電極１，２に穿設された貫通孔ａ，ｂに対応する孔を複数個包含するスリット形状の孔の穿設された電極を第４の電極４以降の下段側に複数枚用い、残留ガスの排気量を大きくする方式が提案されている。
【００３９】
図２６は高エネルギのイオン源に用いられる電極構成の斜視図であり、非特許文献１および２に記載されたものである。多数の円孔が穿設された第１の電極１、第２の電極２、第３の電極３を含む計４枚の電極を用いて、放電プラズマから引き出された負水素イオンＨ−をまず３０ｋｅＶまで加速した後、スリット形状の孔が穿設された第５の電極８、第６の電極９、第４の電極４の３枚の電極で更にそれぞれ２００ｋｅＶ、５００ｋｅＶまで加速する。
【００４０】
第４ないし第６の電極４，８，９をスリット形状の孔にすることによって電極の透過率を大きくし、放電容器から漏出する放電ガスを排気するためのコンダクタンスを稼ぎ、負イオン走行領域の残留ガス密度を小さくする。このような電極構成にすることにより、円形孔が穿設された第４の電極４を用いる場合と比較して負水素イオンＨ−の損失率が５％程度減少することが可能となる。
【特許文献１】特開２００１−５７１６０号公報
【特許文献２】特開２００２−１９７９８７号公報
【非特許文献１】堀池寛、他、“負イオンビームを用いた５００ｋｅＶ２０ＭＷ中性粒子入射装置の概念設計”、JAERI-M 86-064、１９８６年４月
【非特許文献２】Y.Ohara, et al., “BEAM OPTICS OF A MULTI-SINGLE TYPE NEGATIVE ION BEAM ACCELERATOR”, Proceedings of the Twelfth Symposium of Ion Sources and Ion-Assisted Technology, pp.143-146,1989
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４１】
従来の負イオン源において、負イオン走行領域の残留ガス密度を小さくするために、第４の電極以降にスリット状の貫通孔を採用すると、各ビームレットがスリット形状の孔が穿設された電極を通過する際に、ｘ方向、ｙ方向に非対称な電界が印加されるため、ビームレットの収束特性がｘ方向、ｙ方向で異なる傾向を示す。負イオン源で生成され、加速された負イオンビームの強度を負イオン源から離れた位置において計測した結果を図２７に示す。
【００４２】
図２７において、横軸は加速電圧（図２４の加速電源７ｃの発生する電圧）、縦軸はｘ方向、ｙ方向のそれぞれについてビームのＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ：半値全幅）をとったものであり、各条件において放電条件、印加電圧条件をほぼ一定に保って取得している。
【００４３】
負イオン源から離れた位置においては各貫通孔から引き出されたビームレットが複数重ね合わされて全体の負イオンビームが形成されており、各ビームレットの偏向特性や収束特性が半値全幅ＦＷＨＭの大きさに反映されることになる。例えば核融合実験装置において、負イオン源を用いた中性粒子入射装置によりプラズマ加熱を行う場合を考えると、良好な収束性を有するイオンビームを発生させることにより核融合実験装置のビーム入射ポートにできるだけ多くのイオンビームを輸送し、核融合プラズマに到達させる必要がある。
【００４４】
しかしながら、図２７に示す通り、ｘ方向の半値全幅ＦＷＨＭが最小になる加速電圧Ｖｘｏｐｔとｙ方向のＦＷＨＭが最小になる加速電圧Ｖｙｏｐｔが大幅にずれる現象が現れることがわかっている。
【００４５】
このような収束特性を有するイオンビームの場合、ｘ方向の半値全幅ＦＷＨＭの値が最小になるように加速電圧を調整すると、ｙ方向の半値全幅ＦＷＨＭが広がることになり、また逆にｙ方向の半値全幅ＦＷＨＭの値が最小になるように加速電圧を調整すると、ｘ方向の半値全幅ＦＷＨＭが広がることになる。
【００４６】
すなわち、イオンビームは核融合実験装置に入射する前の段階でビームラインの構成機器と衝突して損失してしまう。核融合実験装置への加熱入力パワーが低下することに加え、ビームラインの構成機器と衝突したイオンビームは衝突した機器に大きな熱負荷を与えるため、場合によっては衝突した機器の各部分に熱的な溶融が発生することもあり、中性粒子入射装置の信頼性が低くなってしまうという問題があった。
【００４７】
本発明では上述した事情を考慮してなされたもので、電極間絶縁破壊の原因となる加速電子の発生量を抑制して高エネルギのイオンビームを生成するとともに、イオンビームに良好な収束性を付与して高エネルギでイオンビームの長距離の輸送が可能な、高い効率と信頼性を有する負イオン源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４８】
本発明に係る負イオン源は、上述した課題を解決するために、請求項１記載に記載したように、放電容器と、放電容器を真空に排気する手段と、放電容器に放電の原料ガスを供給する手段と、前記放電容器内に放電によりプラズマを生成するための手段と、放電プラズマ中に生成された負イオンを放電容器から引き出すための複数の孔が穿設され、放電容器内で生成されたプラズマと接する第１の電極と、第１の電極に穿設された複数の孔と対応する位置に同数の孔が穿設され、第１の電極に対して正電位を印加される第２の電極と、第２の電極に穿設された孔に対応する位置に同数の孔が対応して穿設された第３の電極と、第１ないし第３の電極に穿設された孔に対応する孔を複数個包含するスリット形状の孔が穿設され、接地電位に保持された第４の電極と、各電極間に電位差を与えるための電源とを有し、前記第４の電極には前記第１ないし第３の電極に穿設された孔から引き出され、成形された複数の負イオンビームが案内される一方、前記第３の電極には第４の電極のスリット形状の孔の長手方向と同じ方向に長軸、その短手方向に短軸を有する楕円形状の孔または円形の孔を穿設したものである。
【００４９】
請求項１に記載の発明によれば、第３の電極には第４の電極に穿設されたスリット形状の孔の長手方向と同じ方向に長軸、長手方向と直交する方向に短軸を有する略楕円形状の孔を穿設してあるため、放電容器から引き出された各ビームレット（イオンビーム）には第３の電極の楕円孔を通過する際にｘ方向とｙ方向に非対称な電界が印加される。この非対称な電界の印加によりビームレットにはｘ方向に弱い収束力、ｙ方向に強い収束力が作用する。さらに各ビームレットは第３の電極と第４の電極間で加速されて、第４の電極に到達し、第４の電極のスリット孔を通過する際にｘ方向に弱い発散力、ｙ方向に強い発散力が作用する。
【００５０】
このように第３の電極と第４の電極を通過する際にビームレットに印加される収束力、発散力が相殺しあうことによって負イオンビームのｘ方向の収束特性とy方向の収束特性をほぼ一致させることができ、ｘ方向、ｙ方向に関してそれぞれ最小のビーム幅を保ったまま負イオンビームを高エネルギで長距離輸送することが可能となる。
【００５１】
請求項２記載の発明では、前記第３の電極には円形の孔が穿設され、穿設された孔は、第４の電極に面する側に、第４の電極のスリット形状の孔の長手方向と同じ方向にテーパ状に拡開させたことを特徴とする。
【００５２】
この請求項２に記載の発明によれば、第３の電極と第４の電極を通過する際にビームレットに印加される収束力、発散力が相殺しあうことによって負イオンビームのｘ方向の収束特性とy方向の収束特性をほぼ一致させることができ、ｘ方向、ｙ方向に関してそれぞれ最小のビーム幅を保ったまま負イオンビームを高エネルギで長距離輸送することが可能となる。
【００５３】
請求項３記載の発明では、前記第３の電極には円形の孔が穿設され、穿設された孔は、第４の電極に面する側に、第４の電極のスリット形状の孔の長手方向と同じ方向に大きいテーパ状に拡開させ、スリット形状の孔と直交する方向に小さいテーパ状に拡開させたことを特徴とする。
【００５４】
この請求項３に記載の発明によれば、第３の電極と第４の電極を通過する際にビームレットに印加される収束力、発散力が相殺しあうことによってビームのｘ方向の収束特性とy方向の収束特性をほぼ一致させることができ、ｘ方向、ｙ方向に関してそれぞれ最小のビーム幅を保ったままビームを高エネルギで長距離輸送することが可能となる。
【００５５】
請求項４記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の負イオン源において、第３の電極に穿設された孔の中心軸は、第１および第２の電極の中心軸に対して孔ずれしていることを特徴とする。
【００５６】
この請求項４に記載の発明によれば、個々の電極孔の孔ずれによってビームレットが第３の電極を通過する際にそれぞれ軌道偏向を受け、孔ずれ量を孔ごとに適宜調整しておけばある焦点距離で収束させることができ、負イオンビームを損失なく長距離まで高効率で輸送できる。
【００５７】
請求項５記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の負イオン源において、第３の電極には第２の電極に対して負の電位を印加したことを特徴とする。
【００５８】
この請求項５に記載の発明によれば、各ビームレットは第３の電極を通過する際に、第３の電極への印加電圧に応じた軌道偏向作用が上乗せされる。印加電圧を変化させることにより、結果的に各ビームレットの焦点距離を微調整することが可能となり、負イオンビーム全体の収束特性を変化させることができる。また、第３の電極の孔への加速電界の浸み込みが抑えられることにより、第３の電極までの領域で二次的に発生した電子が加速されるのを抑制することが可能となり、負イオンビームの加速効率を高めることができる。
【００５９】
請求項６記載の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の負イオン源において、スリット形状の孔が穿設された第４の電極と第３の電極との間にスリット形状の孔が穿設された１つまたは複数の電極を第５以降の電極として設置したことを特徴とする。
【００６０】
この請求項６に記載の発明によれば、第３の電極から第４の電極に至る空間に設置された複数の電極により、加速空間の電位が固定されるため乱れの少ない加速電界が形成され、イオンビーム損失の少ない高効率のビーム加速を行うことが可能となる。
【００６１】
請求項７記載の発明では、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の負イオン源において、第４および第５以降の電極に穿設されたスリット形状の孔は第１ないし第３の電極の各孔の中心軸に対してスリットの短手方向にそれぞれ中心軸をずらして穿設されていることを特徴とする。
【００６２】
この請求項７に記載の発明によれば、第３の電極の孔ずれによるビームレットの軌道偏向に対して第４および第５以降の電極で新たなビーム偏向が発生しないような孔ずれ量を設定することによって、第３の電極に穿設された孔の孔ずれのみによるビーム収束設計を実施することが可能となり、設計作業を単純にすることができる。
【００６３】
また、逆に第３の電極に穿設された孔のｘ方向の孔ずれによりｘ方向の偏向角を制御し、第４および第５以降の電極に穿設されたスリット孔の短手方向の孔ずれによりｙ方向の偏向角を制御するという設計を行えば、第３の電極にｘ方向、ｙ方向の両方向に孔ずれした孔を穿設する場合と比較して第３の電極の製造工程を単純にすることも可能となる。
【００６４】
請求項８記載の発明では、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の負イオン源において、第１ないし第３の電極に穿設された孔に対応するスリット形状の孔が第４以降の電極に穿設され、この第４以降の電極の全部あるいは一部におけるスリット形状の孔の穿設領域が第１ないし第２の電極の穿設領域と略同じ領域に形成され、第１ないし第２の電極に穿設された孔と同数の孔が穿設された第３の電極の各孔のうちスリット形状の孔の端部を通る負イオンビームに対応する孔の穿設位置の第１および第２の電極の孔の中心軸に対するずれ量は、スリット形状の孔の端部におけるイオンの軌道偏向を相殺するように設定されていることを特徴とする。
【００６５】
この請求項８に記載の発明によれば、スリット孔端部で発生する電界の歪みに起因して、スリット孔端部を通過するイオンのスリット長手方向への軌道偏向が、第１ないし第２の電極に穿設された孔と同数の孔が穿設された第３の電極の孔のうち、スリット形状の孔の端部を通る負イオンビームに対応する孔の中心軸が第１および第２の電極孔の中心軸から孔ずれしており、この孔ずれにより生じる逆向きの軌道偏向作用により相殺されるため、焦点距離を各ビームレットに対してほぼ同一に調整でき、大面積の負イオン源から発生する負イオンビームを長距離まで高効率で輸送できる。
【００６６】
請求項９記載の発明では、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の負イオン源において、第１および第２の電極に穿設された複数の孔に対応するスリット形状の孔が他の電極に穿設され、他の電極の全部あるいは一部におけるスリット形状の孔の穿設領域は、スリット端部を通過するイオンビームがスリット形状の孔の端部に形成される電界の歪みの部分を避けて通過するように、第１および第２の電極の穿設領域よりも、スリットの長手方向に長く形成されたことを特徴とする。
【００６７】
この請求項９に記載の発明によれば、スリット孔端部を通過する負イオンはスリット孔端部に形成される電界が歪んだ領域を通過することはない。すなわち、スリット孔の長手方向への軌道偏向が起こらないため、短手方向への軌道偏向のみを考慮すれば済み、大面積のイオン源から発生させたイオンビームを長距離まで高効率で輸送する上での電極設計作業を容易にすることができる。
【００６８】
請求項１０記載の発明では、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の負イオン源において、第１および第２の電極に穿設された複数の孔に対応するスリット形状の孔が穿設された複数の電極には、放電容器から離れるに従って徐々にスリット形状の孔１個当たりの面積が大きくなってゆくことを特徴とする。
【００６９】
この請求項１０に記載の発明によれば、電極孔であるスリット形状の孔１個当たりの面積を大きく取って電極の透過率を高め、放電原料ガスを真空ポンプで排気するためのコンダクタンスを大きく取ることによって電極間の残留ガス密度を小さくでき、負イオンと残留ガス分子との衝突による負イオンの損失量を抑えることが可能となる。すなわち、大電流ビームを引き出すことが可能となる。
【００７０】
請求項１１記載の発明では、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の負イオン源において、第１および第２の電極に穿設された複数の孔に対応するスリット形状の孔が穿設された複数の電極のうち第４の電極と第３の電極との間に、接地電位ないし接地電位に対して正の電位が印加された電極を設置したことを特徴とする。
【００７１】
この請求項１１に記載の発明によれば、接地電位にある電極から下流側、すなわち負イオンビームが電極の領域を通過した後の領域に存在する残留水素ガス分子が負イオンビームとの衝突により電離して生成される水素イオンと電子からなるプラズマ（以下、ビームプラズマと称する）中の正イオンが、接地電位にある電極から電極の領域に向かって逆流するのが抑制される。逆流する正イオンの量を少なくすることにより加速電源の効率を高め、高効率のビーム引き出しを実現できる。
【００７２】
請求項１２記載の発明では、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の負イオン源において、第１および第２の電極に穿設された複数の孔に対応するスリット形状の孔が穿設された電極には、第１および第２の電極に穿設された複数の孔相互の間隙に対応する部分に、スリット形状の孔の短手方向に架橋構造が具備されたことを特徴とする。
【００７３】
この請求項１２に記載の発明によれば、スリットの短手方向の架橋構造によりスリット形状の孔が補強され変形に対する抵抗力が強まる。すなわち、電極にスリット形状の孔を穿設する際、および孔製作後のスリット孔の変形を抑えることが可能となり、電極の信頼性を高めることができる。
【００７４】
請求項１３記載の発明では、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の負イオン源において、第１および第２の電極に穿設された複数の孔に対応する孔を複数個包含する略スリット形状の孔が穿設された電極の取り付け部に熱逃げ構造が設けられる。この熱逃げ構造は、例えば一方向のみの長穴に入れられた位置決めピンとカラ−付きの取付ボルトが具備されていることを特徴とする。
【００７５】
この請求項１３に記載の発明によれば、電極板が加熱されて熱伸びが生じてもそれを一方向にのみ伸ばすことにより短手方向への変形を防止し、ビ−ム軌道に変位が生じることがなく電極が変形するほどの入熱があっても、イオン源動作の安定性、信頼性を確保することが可能となる。
【００７６】
請求項１４記載の発明では、放電容器内で負イオンを生成してビーム状に成型し加速する負イオン源と、負イオン源の設置角度を変えてビームの進行方向を調整するための角度調整機構と、ビームラインを真空に保持するための排気装置と、加速された負イオンを中性原子ビームに変換する装置と、中性原子ビーム中に残留している正イオン、負イオンを選別して除去する装置とを有する中性粒子入射装置に、請求項１ないし１３記載の負イオン源が具備されていることを特徴とする。
【００７７】
この請求項１４に記載の発明によれば、高エネルギ・大電力の中性粒子ビームを核融合実験装置に入射することができ、また輸送途中のビームの損失を少なくできるため、ビームライン機器への入熱、あるいはスパッタリングによる損傷の発生を抑制でき、装置の性能、信頼性、耐久性を高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００７８】
本発明に係る負イオン源においては、電極間絶縁破壊の原因となる加速電子の発生量を抑制して高エネルギの負イオンビームを生成するとともに、負イオンビームに良好な収束性を付与し高エネルギで長距離の輸送の高効率が可能で、信頼性の高い負イオン源を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７９】
本発明に係る負イオン源の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００８０】
図１および図２は、本発明に係る負イオン源の第１実施形態を示す横断面図および縦断面図である。
【００８１】
この負イオン源１０は、核融合炉の中性粒子入射装置等のイオン源に用いられる。負イオン源１０は放電プラズマを内部に形成するボックス状の放電容器１１を備える。この放電容器１１は、頂面を構成する天板１２と４面の側壁を構成する側板１３とを一体あるいは一体的に有し、底面に開口を有する箱状容器である。放電容器１１の底部開口は、側板１３に絶縁材１４を介して取り付けられた引出電極としての第１の電極１５で閉塞されている。この第１の電極１５は、放電容器１１内に生成された放電プラズマから負イオンを引き出すものであり、負イオンを引き出すための引出孔である多数の貫通孔１６が第１の電極１５に設けられている。
【００８２】
第１の電極１５の外側には第２および第３の電極１８，１９がそれぞれ絶縁材１４を介して離隔して多段状に配置される。第２および第３の電極１８，１９にも第１の電極１５の貫通孔１６と対応するように同じ位置に貫通孔２１，２２がそれぞれ形成される。
【００８３】
第３の電極１９の外側に、第４の電極２４が絶縁材１４を介し離隔して配置され、多数のスリット状の貫通孔２５が第１，第２，第３の電極１５，１８，１９の多数の貫通孔１６，２１，２２のＸ方向（列方向または行方向）に対応するように形成されている。
【００８４】
一方、放電容器１１の天板１２および側板１３には、陽極を放電容器１１の内壁、例えば天板１２および側板１３とするようにして陰極を形成するフィラメント２６が絶縁材２７を貫通して放電容器１１内に突出して配設されている。
【００８５】
また、放電容器１１の天板１２には放電容器１1内に片端部が開口するアルカリ金属蒸気導入口３０が取り付けられ、側板１３には同じく放電容器1１内に片端部が開口するガス導入口３１が取り付けられている。このガス導入口３１から放電容器１１内に原料ガスとしての水素が供給されるようになっている。アルカリ金属蒸気導入口３０を側板１３に取り付けてもよい。天板１２の外面には複数の角棒状の磁石３３が平行となるようにプラズマ封じ込め用として配設される。磁石３３は天板１２の外面に直角な方向に着磁され隣接するもの磁石同士が異なる極性となるように配列される。さらに、側板１３の外面にも複数の角棒状の磁石３４が水平方向にそれぞれ平行となるように、また、同様に側板１３の外面に直角な方向に着磁され隣接する磁石同士が交互に異なる極性となるように配列されている。
【００８６】
さらに、放電容器１１内は、真空排気装置を構成する真空ポンプ２８により、内部が真空引きされ、真空に保持される。真空ポンプは放電容器１１内を真空に排気する手段を構成しており、放電容器１１の天板１２や側板１３に接続しても、ガス導入口３１からのガス導入管２９から分岐させた位置に設けてもよい。
【００８７】
さらにまた、側板１３の下部の外面には、この外面に直角な方向で且つ隣接する磁石１６と同じ方向に着磁され、さらに磁石３４よりも残留磁束密度の大きい磁石が、対向する側板１３で異なる磁極が対向するようにして形成されたフィルタ磁石３５が設けられている。
【００８８】
放電プラズマ閉じ込め磁界（バリア層）を形成する磁石３３，３４およびフィルタ磁石３５の磁力線ｆであり、また、磁石３４とフィルタ磁石３５とによる放電容器１を横切る磁界によって磁気フィルタＭｆが形成され、この磁気フィルタＭｆによって放電容器１１内は天板１２側に放電プラズマ生成用の第１室３６が、第１の電極１５側に負水素イオンＨ−の引出用の第２室３７がそれぞれ形成される。
【００８９】
この負イオン源１０では、放電容器１１内に、いわゆる体積生成法と呼ばれる方法によって負水素イオン（以下、Ｈ−と記す）が生成される。
【００９０】
この負水素イオンＨ−は、放電容器１１内の第１室で、前記（１）式で示されるように、水素ガス分子が数１０〜数１００ｅＶの高温電子との衝突によって高振動レベルに励起され、励起状態の水素ガス分子Ｈ２＊に（２）式で示される１ｅＶ以下の低温電子が解離的に付着することにより生成される。
【００９１】
さらに、負イオン源１０から大電流の負イオンビームを発生させるため、原子の反応に加えて、放電容器１１内にアルカリ金属蒸気を導入する表面生成法と呼ばれる方法が併用される。
【００９２】
放電容器１１に導入されたアルカリ金属蒸気は第１の電極１５の表面に付着して、電極表面の仕事関数を下げる働きをする。アルカリ金属蒸気が第１の電極１５表面に付着することによって放電プラズマ中で生成される正水素イオンや中性水素原子などが第１の電極１５と衝突して第１の電極１５から電子ｅ−を受け取り負水素イオンＨ−が生成されるのである。
【００９３】
放電容器１１と第１の電極１５の間には、放電プラズマから負水素イオンＨ−が引き出されやすくし、負水素イオンＨ−と共に引き出される電子の量を抑制するためのバイアス電源４０が、放電容器１１に対して第１の電極１５に正の電位を印加できるように接続される。
【００９４】
第１の電極１５と第２の電極１８の間には放電容器１１内の放電プラズマから負水素イオンＨ−を引き出して加速するため、第１の電極１５に対して第２の電極１８に正の電位を印加する引出電源４１が接続される。
【００９５】
また、図１の負イオン源１０では、第３の電極１９の電位は第２の電極１８の電位と同一の電位に保たれている。さらに、放電プラズマから引き出された負水素イオンＨ−を所定のエネルギに加速するため、第４の電極２４に第３の電極１９に対して正の電位を印加するための加速電源４２が接続されており、第４の電極２４は接地電位に保持されている。
【００９６】
図１および図２に示された負イオン源１０では、図示しない真空排気装置によって真空排気した放電容器１１に図示しないアルカリ金属オーブンで加熱・蒸気化したアルカリ金属をアルカリ金属導入口３０から供給しておいた状態で、図示しないガス源からガス導入口３１を通して水素ガスを供給する。そして、同じく図示しないフィラメント電源によってフィラメント２６に通電して加熱した状態で、図示しないアーク電源によってフィラメント２６を陰極、放電容器１１の内壁である天板１２および側板１３を陽極とする直流アーク放電を発生させ、このアーク放電によって放電容器１１の第１室３６内に放電プラズマを生成する放電プラズマの生成とともに磁石３３および磁石３４によって作られる磁場によって放電容器１１内に放電プラズマを閉じ込める。
【００９７】
生成された放電プラズマは第１室３６から第２室３７の方向に拡散する。放電プラズマが磁気フィルタＭｆを横切って通過する際、放電プラズマ中の電子ｅ−は、磁界中のラーマ半径が小さいため、磁気フィルタに捕捉され、放電容器１１内に存在する水素ガスなどと衝突しながらエネルギを失い、第２室３７に到達する過程で低温の電子になる。
【００９８】
一方、水素イオンは磁界中でのラーマ半径が磁気フィルタの厚みに対して大きいため、水素イオンは磁気フィルタを通り抜けることができ、そのまま第２室３７に移動することができる。
【００９９】
このようにして、放電容器１１内の第１室３６には水素分子の励起に適した電子エネルギ分布を持つ高温プラズマが、第２室３７には励起水素分子の解離性付着反応を起こすのに適した電子エネルギ分布を持つ低温プラズマが生成される。
【０１００】
第１室３６において高エネルギ電子との衝突によって生成された振動励起水素分子が、第２室３７で低温電子との衝突によって解離性付着反応を起こし、負水素イオンＨ−が形成される。
【０１０１】
また、放電容器に導入されたアルカリ金属蒸気は第１の電極１５に付着して電極表面の仕事関数を下げているため、放電プラズマ中の正水素イオンや中性水素原子などが第１の電極１５と衝突した際にも負水素イオンＨ−が生成される。第２室３７に生成された負水素イオンＨ−は同じ荷電極性を持つ電子と共に引出電源４１の作る電界によって第１の電極１５の貫通孔１６から引き出される。
【０１０２】
第２の電極１８には角棒状の磁石４４が内蔵されており、この磁石４４により第１の電極１５と第２の電極１８間のギャップには磁場が作用している。この磁場は第２室３７から引き出される電子成分の量を抑えると共に、引き出された負イオンビーム中から負水素イオンＨ−のみを選別する働きを有する。
【０１０３】
すなわち、第２の電極１８側に引き出された負水素イオンＨ−と電子ｅ−はこの磁界によって軌道偏向されるが、負水素イオンＨ−は磁界中のラーマ半径が大きいためほとんど軌道偏向を受けず、第２の電極１８に到達し、第３の電極１９に至る。一方、ラーマ半径の小さい電子ｅ−は第１の電極１５と第２の電極１８間のギャップを通過する際に大きな軌道偏向を受け、取り除かれる。
【０１０４】
図３ないし図５は、本発明に係る負イオン源１０に備えられる電極構造を示している。図３および図４は図１および図２に示される電極の部分のみを拡大した部分図であり、図５は電極に穿設された貫通孔の部分のみを拡大した部分図である。
【０１０５】
図３において第１から第３の電極１５，１８，１９にはそれぞれ同数の貫通孔が穿設されている。第２の電極１８には複数の角棒状の磁石４４が水平方向にそれぞれ平行となるように、配列され内蔵されている。第３の電極１９には、楕円形状あるいは長円形状の貫通孔２２が第１および第２の電極１５，１８の貫通孔１６，２１にそれぞれ対応して形成される。第４の電極２４には第１から第３の電極１５，１８，１９に穿設された対応する各貫通孔１６，２１，２２のうちｘ方向の引出孔一列分を概略包含するスリット形状あるいは長円形状の細長い貫通孔２５が穿設されている。
【０１０６】
図４（Ａ）および（Ｂ）は、図３のＡ−Ａ´線およびＢ−Ｂ´線に沿う断面図である。第２の電極１８の貫通孔２１にはイオンビームの進行方向に向かって孔径が大きくなるようなテーパ加工が施される。第２の電極１８のイオンビームの出口部には孔径を小さくする電子トラップ４５が設けられている。第２の電極１８に埋設された磁石４４の作る磁力線がｆで表わされる。また、第２の電極１８に衝突する荷電粒子による熱を除去するための熱除去手段としての水冷パイプ４６も第２の電極１８に内蔵されている。この水冷パイプ４６は磁石４４に近接して設けられ、第２の電極１８に内蔵された磁石４４は、第２の電極１８の面に直角な方向に着磁され隣接する磁石４４同士が交互に異なる極性となるように配列されている。
【０１０７】
図５は第１から第４の電極１５，１８，１９，２４に穿設された貫通孔１６，２１，２２，２５の形状を表したもので、第１の電極１５、第２の電極１８にはそれぞれ円形（ｒａ＝ｒｂ）の貫通孔１６，２１がそれぞれ穿設される。第３の電極１９には楕円（ｒａ＞ｒｂ）の貫通孔２２が穿設されており、その長軸は第４の電極２４の略スリット形状あるいは長円形状の貫通孔２５の長手方向と同じ方向に長軸、その短手方向に短軸を有する。
【０１０８】
この負イオン源１０によると、第３の電極１９に到達したビームレットには楕円形状の貫通孔２２を通過する際にｘ方向とｙ方向で非対称な電界が印加される。この非対称な電界の印加によりビームレットにはｘ方向に弱い収束力、ｙ方向に強い収束力が作用する。第３の電極１９を通過した各ビームレットは、第３の電極１９と第４の電極２４間で加速されて第４の電極２４に到達し、第４の電極２４のスリット状貫通孔２５を案内される。各ビームレットが第４の電極２４のスリット孔２５を通過する際にｘ方向に弱い発散力、ｙ方向に強い発散力が作用する。
【０１０９】
図６は負イオン源１０で生成され、加速されたイオンビームの強度を負イオン源１０から離れた位置において計測した結果である。横軸は加速電圧（加速電源４２の発生する電圧）、縦軸はｘ方向、ｙ方向のそれぞれについてビームのＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ：半値全幅）をとったものであり、各条件において放電条件、印加電圧条件をほぼ一定に保って取得している。
【０１１０】
図２７と比較すればわかる通り、ｘ方向の半値全幅ＦＷＨＭが最小になる加速電圧Ｖｘｏｐｔとｙ方向の半値全幅ＦＷＨＭが最小になる加速電圧Ｖｙｏｐｔが大幅にずれる現象が解消されている。このような収束特性を有する負イオンビームの場合、加速電圧ＶｘｏｐｔとＶｙｏｐｔがほぼ同じ値あるいは近似しているため、加速電圧ＶｘｏｐｔとＶｙｏｐｔを双方の例えば、中間の値に設定することによりｘ方向の半値全幅ＦＷＨＭ、ｙ方向の半値全幅ＦＷＨＭともにほぼ最小の値にすることできる。
【０１１１】
このように負イオン源１０の第３の電極１９と第４の電極２４を通過する際にビームレットに印加される収束力、発散力が相殺しあうことによって負イオンビームのｘ方向の収束特性とｙ方向の収束特性をほぼ一致させることができる。すなわち、負イオンビームに良好な収束性が付与されたことによって核融合実験装置に入射する前の段階でのビームライン構成機器との衝突による損失が最小に抑えられ大電力の負イオンビームを核融合実験装置に入射することが可能となる。
【０１１２】
図７は本発明に係る負イオン源の第２実施形態を示す簡略図である。
【０１１３】
この負イオン源の第２実施形態は、負イオン源に備えられる第３の電極５０を改良したものであり、他の構成は図１ないし図５に示された負イオン源６０と異ならないので、説明を省略する。図７は、負イオン源１０の第３の電極５０の貫通孔部分のみを拡大した部分図である。本実施形態では、第３の電極５０に円形（ｒａ＝ｒｂ）の貫通孔５１が穿設されており、穿設された貫通孔５１の第４の電極２４に面する側には、第４の電極２４の略スリット形状の貫通孔２５の長手方向と同じ方向にテーパ加工（α）が施されている。
【０１１４】
本実施形態においても、第３の電極５０に到達したビームレットには貫通孔５１を通過する際にｘ方向とｙ方向で非対称な電界が印加される。この非対称の電界の印加によりビームレットにはｘ方向に弱い収束力、ｙ方向に強い収束力が作用する。第３の電極５０を通る各ビームレットは第３の電極５０と第４の電極２４間で加速されて第４の電極２４に到達する。第４の電極２４のスリット孔２５を通過する際にｘ方向に弱い発散力、ｙ方向に強い発散力が作用する。
【０１１５】
この負イオン源の多段状あるいは並設された電極のうち、第３の電極５０と第４の電極２４を通過する際にビームレットに印加される収束力、発散力が相殺し合うことによってイオンビームのｘ方向の収束特性とｙ方向の収束特性とをほぼ一致させることができ、イオンビームに良好な収束性を付与して核融合実験装置に入射する前の段階でのビームライン構成機器との衝突による損失が最小に抑えられ大電力のビームを核融合実験装置に入射することが可能となる。
【０１１６】
図８は本発明に係る負イオン源の第３実施形態を示す簡略図である。この負イオン源の第３実施形態は、負イオン源に備えられる第３の電極５３を改良したものである。他の構成は、図１から図５に示された負イオン源１０と異ならないので、同じ符号を付して説明を省略する。図８は負イオン源の第３の電極５３の貫通孔５４部分のみを拡大した部分図である。
【０１１７】
本実施形態では、第３の電極５３に円形（ｒａ＝ｒｂ）の貫通孔５４が穿設されており、穿設された貫通孔５４の第４の電極２４に面する側には第４の電極２４の略スリット形状の貫通孔２５の長辺方向（長手方向）と同じ方向に大きいテーパ加工（α）が施され、略スリット形状の貫通孔２５と直交する短手方向に小さいテーパ加工（β）が施されている。
【０１１８】
第３の電極５３の第４の電極２４側に拡開する貫通孔５４の拡開角度α，βは、α＞βとなっているため、本実施形態においても第３の電極５３に到達したビームレットには貫通孔５４を通過する際にｘ方向とｙ方向で非対称な電界が印加される。この非対称の電界の印加によりビームレットにはｘ方向に弱い収束力、ｙ方向に強い収束力が作用する。
【０１１９】
さらに、この負イオン源では、各ビームレットは第３の電極５３と第４の電極２４との間で加速されて第４の電極２４に到達し、第４の電極２４のスリット孔２５を通過する際にｘ方向に弱い発散力、ｙ方向に強い発散力が作用する。すなわち第３の電極５３と第４の電極２４を通過する際にビームレットに印加される収束力、発散力が相殺しあうことによって負イオンビームのｘ方向の収束特性とｙ方向の収束特性をほぼ一致させることができる。
【０１２０】
負イオンビームに第３および第４の電極５３，２４により、良好な収束性が付与されたことによって核融合実験装置に入射する前の段階でのビームライン構成機器との衝突による損失が最小に抑えられ大電力のビームを核融合実験装置に入射することが可能となる。
【０１２１】
図９および図１０は本発明に係る負イオン源の第４実施形態を示す概略図である。図９は図４（Ａ）に、図１０は図４（Ｂ）にそれぞれ対応する図である。この負イオン源の第４実施形態は、負イオン源の電極構造を除いて、第１実施形態に示される負イオン源と異ならないので、同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。図９および図１０は負イオン源の電極部分を拡大した断面図である。
【０１２２】
本実施形態では第３の電極５５に穿設された貫通孔５６の中心軸は、ｙ方向に第１および第２の電極１５，１８の中心軸ＣＬに対してそれぞれ順に間隔Δｙ１からΔｙ４だけ孔ずれしており、ｘ方向には同じく第１および第２の電極１５，１８の中心軸ＣＬに対してそれぞれ順に間隔Δｘ１からΔｘ４だけ孔ずれしている。
【０１２３】
負イオン源を図９および図４に示すような電極構造とすれば、各ビームレットは孔ずれの方向に軌道偏向を受ける。すなわち第３の電極５５に穿設された貫通孔５６が＋ｙ方向に距離Δｙ１，Δｙ２の孔ずれを有する貫通孔からのビームレットは＋ｙ方向軌道偏向され、−ｙ方向にΔｙ３，Δｙ４の孔ずれを有する孔からのビームレットは−ｙ方向に軌道偏向される。
【０１２４】
また、ｘ方向については各ビームレットは第２の電極１８に埋設された磁石４４のつくる磁力線ｆによって−ｘ方向に軌道偏向されるため、第３の電極５５に穿設された貫通孔５６を＋ｘ方向にそれぞれ孔ずれさせることによって偏向角を調整する。このようにして個々の電極孔の孔ずれによってビームレットが第３の電極５５を通過する際にそれぞれ軌道偏向を受ける。第３の電極５５の孔ずれ量を貫通孔５６ごとに適宜調整しておけばある負イオンビームを焦点距離で収束させることができ、負イオンビームを損失なく長距離まで高効率で輸送できる。
【０１２５】
図１１は本発明に係る負イオン源の第５実施形態を示した概略図である。この負イオン源の第５実施形態は、第３電極１９への電位のかけ方に特徴を有するものである。図１１は、負イオン源の電極部分を拡大した断面図であり、図４（Ａ）に対応する図である。この第５の実施形態では、ステアリング電源５８を設置して第３の電極１９に、第２の電極１８に対して負の電位を印加したものである。
【０１２６】
第５実施形態に記載された負イオン源によれば、各ビームレットは第３の電極１９を通過する際に、第３の電極１９への印加電圧に応じた軌道偏向作用が上乗せされる。一般に近軸仮定を用いた場合のビームレットの軌道偏向角は焦点距離Ｆで表される。
【０１２７】
［数４］
Ｆ＝４Ｖ／（Ｅ２−Ｅ１）        ……（５）
ここでＶは負イオンビームが電極孔に到達した時のエネルギ、Ｅ１は電極孔入口側の電界、Ｅ２は電極孔出口側の電界である。
【０１２８】
第５実施形態記載の負イオン源の場合、第３の電極１９に到達するビームレットには減速電界が印加されるので電界Ｅ１は負となる。電界Ｅ２は正なので電界Ｅ１が正の場合と比較すると焦点距離Ｆはより短くなる。
【０１２９】
すなわち、ステアリング電源５８を設けることによる第３の電極１９への負の印加電圧を変化させることにより、結果的に各ビームレットの焦点距離Ｆを微調整することが可能となり、ビーム全体の収束特性を変化させることができる。また、加速電源４２により第３の電極１９と第４の電極２４の間に印加される加速電界が第３の電極１９の貫通孔２２に浸み込む度合いが低く抑えられることにより、第３の電極１９までの領域で二次的に発生した電子が加速されるのが抑制され、負イオンビームの加速効率が高まる効果も期待できる。
【０１３０】
図１２および図１３は本発明に係る負イオン源の第６実施形態を示す概略図である。図１２は、第６実施形態に示される負イオン源の電極部分の拡大断面図であり、図４（Ａ）に対応する図である。他の構成は第１実施形態に示された負イオン源と異ならないので説明を省略する。図１３は、負イオン源の電極部分の下流側を斜視断面にして拡大した部分的な斜視図である。
【０１３１】
第６実施形態に示された負イオン源では、多段電極構造の第１の電極１５、第２の電極１８および第３の電極１９に穿設された各貫通孔１６，２１，２２に対応する孔を複数個包含するようにスリット形状の貫通孔２５が第４の電極２４に穿設され、スリット状貫通孔２５の第４の電極２４と第３の電極１９との間に第５の電極６０および第６の電極６１を設置したものである。第５および第６の電極６０，６１に形成されるスリット状の貫通孔６３，６４は、第４の電極２４に形成されるスリット孔２５の長手方向と方向および位置を揃えて設置したものである。
【０１３２】
さらに、第４ないし第６の電極２４，６０，６１には、加速電源２４から発生させた加速電圧を直列抵抗６５，６６，６７により抵抗分割して、第５および第６の電極６０，６１に供給して電極電位を制御している。
【０１３３】
負イオン源の電極構造を図１２および図１３に示された構成とすれば、第５の電極６０、第６の電極６１により、第３の電極１９と第４の電極２４の間でビーム加速空間の電位がそれぞれ段階的に固定されるため、乱れの少ない加速電界が形成され、イオンビーム加速途中でのイオンビーム損失の少ない高効率のビーム加速を行うことが可能となる。
【０１３４】
図１４および図１５は本発明に係る負イオンビームの第７実施形態を示す概略図である。
【０１３５】
第７実施形態に示された負イオン源も電極部分の後段構造に特徴を有するもので、他の構成は、第１実施形態に示されたものと構成を同じくするので、説明を省略する。図１４は負イオン源の電極部分の後段部分を拡大して示す部分的な斜視図、図１５（Ａ）および（Ｂ）は負イオン源の電極部分を拡大した図１４のＡ断面およびＢ断面をそれぞれ示す断面図である。
【０１３６】
第７実施形態の負イオン源では、電極構造の第４の電極２４と第５の電極６０のスリット孔２５，６３の長手方向が揃えられる。第６の電極６１はスリット孔６４の長手方向が、第４の電極２４および第５の電極６０のスリット孔の長手方向と直交するように設置される。
【０１３７】
第１の電極１５、第２の電極１８の貫通孔１６，２１の中心軸ＣLに対して第５の電極６０の貫通孔６３の中心軸をスリットの短手方向（＋ｙ方向）に距離（間隔）Δｙ１、第６の電極６１の貫通孔６４をスリットの短手方向（＋ｘ方向）に距離（間隔）Δｘ、第４の電極２４の貫通孔２５をスリットの短手方向（＋ｙ方向）に距離（間隔）Δｙ２だけ孔ずれさせてある。
【０１３８】
負イオン源の各電極を図１４および図１５に示す構成とすれば、第３の電極１９の孔ずれによるビームレットの軌道偏向に対して第４の電極２４、第５の電極６０、第６の電極６１で新たなビーム偏向が発生しないような孔ずれ量を設定することによって、第３の電極２４に穿設されたスリット状貫通孔２５の孔ずれのみによるビーム収束設計を実施することが可能となり、設計作業を単純にすることができる。
【０１３９】
また、逆に第３の電極１９に穿設された貫通孔２２は孔ずれを生じさせず、第５の電極６０、第４の電極２４によりｙ方向の偏向角を制御し、第６の電極６１によりｘ方向の偏向角を制御するという設計を行えば、第３の電極１９にｘ方向、ｙ方向の両方向に孔ずれした孔を穿設する場合と比較して第３の電極１９の製造工程を単純にすることも可能となる。
【０１４０】
図１６は本発明に係る負イオン源の第８実施形態を示す概略図である。この第８実施形態に示された負イオン源も電極構造に特徴を有するものであり、他の構成は第１実施形態に示された負イオン源と実質的に同一であり、異ならないので説明を省略する。
【０１４１】
図１６は、負イオン源の電極部分を拡大した断面図であり、図４（Ｂ）に相当する電極部分の断面図である。
【０１４２】
第８実施形態に示された負イオン源では第４の電極２４のスリット状貫通孔２５近傍の等電位線Ｅｖは図示したように端部で勾配を持っており、端部から離れるに従って電極面に平行になってゆく。第８実施形態では第１、第２および第３の電極１５，１８，１９に穿設された貫通孔１６，２１，２２に対応する孔を複数個列状に包含する略スリット形状の貫通孔２５が第４の電極２４に穿設されており、第４の電極２４の全部あるいは一部の穿設領域は第１ないし第２の電極１５，１８の貫通孔１６，２１の穿設領域と略同じ領域で整合されている。第１ないし第２の電極１５，１８に穿設された貫通孔１６，２１と同数の貫通孔９が第３の電極１９に穿設されており、この第３の電極１９の貫通孔２２のうち第４の電極２４に穿設されたスリット形状の貫通孔２５の端部を通る負イオンビームに対応する貫通孔２２の穿設位置（中心位置）は第１および第２の電極１５，１８の貫通孔１６，２１の中心軸ＣＬに対するずれ量はΔｘ２，Δｘ３だけ等差数列的に変化している。このずれ量Δｘ１，Δｘ４はイオンビームが第４の電極２４の貫通孔２５の端部を通過する際に受ける−ｘ方向、＋ｘ方向への軌道偏向を相殺するように設定されている。
【０１４３】
第８実施形態に開示された負イオン源によれば、焦点距離を各ビームレットに対してほぼ同一に調整でき、大面積のイオン源から発生させたイオンビームをエネルギ損失させることなく長距離まで高効率で輸送できる。
【０１４４】
図１５は本発明に係る負イオン源の第９実施形態を示す概略図である。
【０１４５】
この第９実施形態に示された負イオン源も電極部分の構造に特徴を有するものである。図１７は、負イオン源の電極部分を拡大した断面図である。第９実施形態に示された負イオン源では第１，第２および第３の電極１５，１８，１９に穿設された貫通孔１６，２１，２２に対応する孔を複数個包含する略スリット形状の貫通孔２５が第４の電極２４に穿設されている。第４の電極２４には、スリット形状の孔の穿設領域が、スリット端部を通過するイオンビームがスリット状の貫通孔２５の端部に形成される電界の歪み部分を避けて通過するように、第１および第２の電極１５，１８の貫通孔１６，２１の穿設領域よりも、スリットの長手方向により長くなっている。
【０１４６】
第９実施形態の負イオン源のように、第４の電極２４のスリット状貫通孔２５の長手方向長さを大きくとり、第４の電極２４のスリット孔端部を通過する負イオンビームがスリット孔端部に形成される電界が歪んだ領域を通過することを防止できる。この構成により、スリット孔２５の長手方向への軌道偏向が起こらないため、短手方向への軌道偏向のみを考慮すれば済み、大面積の負イオン源から発生させたイオンビームを長距離まで高効率で輸送する上での電極設計作業を容易にすることができる。
【０１４７】
図１８は本発明に係る負イオン源の第１０実施形態を示している。この実施形態に示された負イオン源も多段の電極部分の後段構造に特徴を有するものであり、他の構成は、第１実施形態に示された負イオン源と異ならないので、説明を省略する。図１８は第１０実施形態に示されたイオン源の電極部分を拡大した部分図である。
【０１４８】
この負イオン源では第１および第２の電極１５，１８に穿設された貫通孔１６，２１（図３参照）に対応する孔を複数個包含するスリット形状の貫通孔３，６４，２５が第５の電極６０、第６の電極６１、第４の電極２４にそれぞれ形成されている。第５，第６および第４の電極６０，６１，２４には、放電容器１１から離れるに従って徐々にスリット形状の貫通孔６３，６４，２５の短手方向（短手方向）の長さ（幅）が順に長く（大きく）なるよう、第５，第６および第４の電極６０，６１，２４にスリット状の貫通孔６３，６４，２５がそれぞれ穿設されている。
【０１４９】
第１０実施形態に示された負イオン源によれば、電極孔のスリット形状の孔１個当たりの面積を下段側に向って大きく取って電極の透過率を高めることができる。第５，第６および第４の電極６０，６１，２４のスリット状貫通孔６３，６４，２５を漸次幅広に形成することにより、放電原料ガスを真空ポンプで排気するためのコンダクタンスを大きく取ることで電極間の残留ガス密度を小さくでき、負イオンと残留ガス分子との衝突による負イオンの損失量を抑えることが可能となる。
【０１５０】
この負イオン源では、各電極間に残留する残留ガス密度を小さくとることで、大電流ビームを引き出すことが可能となる。
【０１５１】
図１９は本発明に係る負イオン源の第１１実施形態を示す概略図である。この実施形態に示された負イオン源も、電極部分の下段側に印加される電圧印加構造および電極構造を改良したものであり、電極部分や電圧印加構造以外は、第１実施形態に示された負イオン源と異ならないので、説明を省略する。図１９は図４（Ａ）に対応する図であり、負イオン源の電極部分を拡大した断面図である。
【０１５２】
図１９に示される第１１実施形態の負イオン源では、第１および第２の電極１５，１８に穿設された貫通孔１６，２１に対応する孔を複数個包含するスリット形状の貫通孔２５，２２が第４の電極２４および第３の電極１９に穿設されており、第４の電極２４と第３の電極１９との間に、第５の電極６０と第６の電極６１を設置したものである。
【０１５３】
また、第１１実施形態の負イオン源では、加速電源４２からの発生電圧を抵抗６５，６６を設置することで抵抗分割しており、抵抗分割された分割電位を第５の電極６０に供給している。また正イオン抑制電源６９を設置して第６の電極６１には接地電位に対して正の電位を印加する。
【０１５４】
第１１実施形態の負イオン源が図１９に示す構成を備えることで、第６の電極６１の貫通孔６４の部分に局所的に電位の高い部分が形成され、接地電位にある第４の電極２４から下流側、すなわち負イオンビームが電極の領域を通過した後の領域に存在する残留水素ガス分子が負イオンビームとの衝突により電離して生成される（水素イオンと電子からなる）プラズマ（以下、ビームプラズマと称する）中の正イオンが、接地電位にある第４の電極２４から第３の電極１９の方向に向かって逆流するのが抑制される。
【０１５５】
逆流する正イオンの量を少なくすることにより加速電源４２の効率を高め、高効率のビーム引き出しを実現できる。
【０１５６】
図２０は本発明に係る負イオン源の第１２実施形態を示すもので、負イオン源に備えられる第４の電極構造を示す斜視図である。
【０１５７】
この実施形態に示された第４の電極以外の構造は、第１実施形態に示された負イオン源と異ならないので、説明を省略する。第１１実施形態に示される電極構造においては、第４の電極２４のスリット形状の貫通孔２５の中間部分を短手方向につなぐブリッジ７０が設置され、第４の電極２４の中間領域の物理的・機械的強度を確保している。
【０１５８】
第１１実施形態に示された第４の電極２４によれば、スリット形状の貫通孔２５の長手方向中間部にブリッジ７０を設けることで、スリット形状の貫通孔２５の中間部が短手方向に補強され、機械的・熱的な変形に対する抵抗力を強化させることができる。第４の電極２４にスリット状態の貫通孔２５を穿設する際、および製作後のスリット孔の変形を抑えることが可能となり、スリット形状の貫通孔２５の形状を一定に保ち、電極の長期的な信頼性を高めることができる。図２０に示された第４の電極２４を例として取り上げたが、スリット形状の貫通孔が穿設された他の電極についても同様に適用することができる。
【０１５９】
図２１は本発明に係る負イオン源の第１３実施形態を示す電極部分の部分図である。この第１３実施形態に示された電極部分以外の構造は、第１実施形態に示された負イオン源と異ならないので、説明を省略する。図２１に示された負イオン源の電極部分は、電極取付部を拡大して部分的に示されている。第１３実施形態では、第１および第２の電極１５，１８に穿設された貫通孔に対応する孔を複数個包含するスリット形状の貫通孔１６，２１が第４の電極２４に穿設されており、第４の電極２４の取付部に熱逃げ構造、すなわち一方向のみの長穴に入れられた位置決めピン７１により、一方向にのみ第４の電極２４の熱伸びによる伸びを逃がす構造としてあり、また、取付ボルト７３を強く締め付けてもスリーブ状あるいは円筒状カラ−７４により、完全に第４の電極２４を締め付けることが出来ない構造としてある。
【０１６０】
第13実施形態に示された負イオン源の第4の電極２４によれば、加速電子の衝突等により第４の電極２４が加熱され、熱伸びが生じても伸びを一方向（スリット状貫通孔の長手方向）にのみ伸ばすことにより短手方向の変形が防止されるため、ビ−ム軌道に変位が生じることはない。第４の電極２４が変形するほどの入熱があっても、負イオン源動作の安定性、信頼性を確保することが可能となる。
【０１６１】
図２２は本発明に係る負イオン源の第１４実施形態を示し、特に負イオン源を備えた中性粒子入射装置７５の概略的な側面図である。この実施形態に示された中性粒子入射装置７５は放電容器内で負イオンを生成してビーム状に成型し加速する２台の負イオン源７６，７７が負イオン源の設置角度を変えてビームの進行方向を調整するための角度調整機構７８を介して、排気装置としてのクライオポンプ８０を内蔵するイオン源室真空チャンバ８１に設置されている。
【０１６２】
負イオン源７６，７７から引き出されて加速された負イオンビームは水素又はアルゴンなどのガスを内部に充満させた中性粒子変換装置としての中性化セル８２を通る際に中性原子ビームに変換される。変換された中性子原子ビーム中に残留する正イオン、負イオンはイオン選別除去装置としてのイオン偏向磁石８３を内蔵するビームダンプ室真空チャンバ８４に入り、磁場によって中性原子ビームから分離されてそれぞれ正イオンビームダンプ８５、負イオンビームダンプ８６に導かれる。中性原子ビームはドリフト管８７を通って核融合実験装置に入射される。
【０１６３】
図２２に示された負イオン源７６，７７を備えた中性粒子入射装置によれば、高エネルギ・大電力の中性粒子ビームを核融合実験装置に入射することができ、装置の性能、信頼性、耐久性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】本発明に係る負イオン源の第１実施形態を正面から見た断面図。
【図２】本発明に係る負イオン源の第１実施形態を側面から見た断面図。
【図３】本発明に係る負イオン源の電極部分を拡大して分解状態で示す部分図。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は本発明に係る負イオン源の電極部分を拡大した図３のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図５】（Ａ）ないし（Ｄ）は本発明に係る負イオン源の電極に穿設された貫通孔の孔形状を拡大して示す部分的平面図。
【図６】本発明に係る負イオン源のビーム収束特性を表すグラフ。
【図７】本発明に係る負イオン源の第２実施形態を示すもので、第３の電極の貫通孔部分のみを拡大して示す部分図。
【図８】本発明に係る負イオン源の第３実施形態を示すもので、第３の電極の貫通孔部分のみを拡大した部分図。
【図９】本発明に係る負イオン源の第４実施形態を示すもので、負イオン源の電極部分を拡大した図４（Ａ）に対応する断面図。
【図１０】本発明に係る負イオン源の第４実施形態を示すもので、負イオン源の電極部分を拡大して示す図４（Ｂ）に対応する断面図。
【図１１】本発明に係る負イオン源の第５実施形態を示すもので、負イオン源の電極部分を拡大した断面図。
【図１２】本発明に係る負イオン源の第６実施形態を示すもので、負イオン源の電極部分を拡大した図４（Ｂ）に対応する断面図。
【図１３】図１２に示された負イオン源の電極部分の後段部分を示す部分的な斜視図。
【図１４】本発明に係る負イオン源の第７実施形態を示すもので、負イオン源の電極部分の後段部分を部分的に示す斜視図。
【図１５】図４に示された負イオン源の電極部分のＡ断面およびＢ断面を拡大して示す断面図。
【図１６】本発明に係る負イオン源の第８実施形態を示すもので、負イオン源の電極部分を拡大した図４（Ｂ）に対応する断面図。
【図１７】本発明に係る負イオン源の第９実施形態を示すもので、負イオン源の電極部分を拡大した図４（Ｂ）に対応する断面図。
【図１８】本発明に係る負イオン源の第１０実施形態を示すもので、負イオン源の電極部分を拡大し、分解して示す部分図。
【図１９】本発明に係る負イオン源の第１１実施形態を示すもので、負イオン源の電極部分を拡大した図４（Ａ）に対応する断面図。
【図２０】本発明に係る負イオン源の第１２実施形態を示すもので、負イオン源のスリット電極部分を部分的に示す斜視図。
【図２１】本発明に係る負イオン源の第１３実施形態を示すもので、負イオン源の電極取付部を拡大して示す部分図。
【図２２】本発明に係る第１４実施形態を示すもので、負イオン源を備えた中性粒子入射装置の側面図。
【図２３】従来の負イオン源の電極部分を拡大した部分図。
【図２４】（Ａ）および（Ｂ）は従来の負イオン源の電極部分を拡大した断面図。
【図２５】（Ａ）〜（Ｄ）は従来の負イオン源の電極孔を拡大した部分図。
【図２６】従来の負イオン源の電極構成の斜視図。
【図２７】従来の負イオン源のビーム収束特性を表すグラフ。
【符号の説明】
【０１６５】
１０  負イオン源
１１  放電容器
１２  天板
１３  側板
１４  絶縁材
１５  第１の電極
１６  貫通孔
１８  第２の電極
１９  第３の電極
２１，２２  貫通孔
２４  第４の電極
２５  貫通孔
２６  フィラメント
２７  絶縁部材
２８  真空ポンプ
３０  アルカリ金属蒸気導入口
３１  ガス導入口
３３，３４  磁石（封じ込め用磁石）
３５  フィルタ磁石
３６  第１室（放電プラズマ生成室）
３７  第２室
４０  バイアス電源
４１  引出電源
４２  加速電源
４４  磁石
４５  電子トラップ
４６  水栓パイプ
５０，５３，５５  第３の電極
５１，５４，５５  ステアリング電源
６０  第５の電極
６１  第６の電極
６３，６４  貫通孔
６５，６６，６７  抵抗
７０  ブリッジ（スペーサ）
７１  位置決めピン
７２  長穴
７３  取付ボルト
７４  カラー
７５  中性粒子入射装置
７６，７７  負イオン源
７８  角度調整機構
８０  クライオポンプ（排気装置）
８１  イオン源真空チャンバ
８３  イオン偏向磁石（イオン選別除去装置）
【図１】
2006004780.tif 000003
【図２】
2006004780.tif 000004
【図３】
2006004780.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006004780.tif 000009
【図８】
2006004780.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2006004780.tif 000012
【図１１】
2006004780.tif 000013
【図１２】
2006004780.tif 000014
【図１３】
2006004780.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2006004780.tif 000017
【図１６】
2006004780.tif 000018
【図１７】
2006004780.tif 000019
【図１８】
2006004780.tif 000020
【図１９】
2006004780.tif 000021
【図２０】
2006004780.tif 000022
【図２１】
2006004780.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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